24

BO

UW

WE

RE

LD

# 1

9P

rodu

ct

Slanker bouwen methogesterktestaalKostenbesparing 25 procent in vakwerk

Ontwerpen in hogesterktestaal (HSS) kanslanker en lichter dan in conventioneelstaal. Omdat er nog geen ontwerpnormenbeschikbaar zijn, wordt het materiaal nau-welijks toegepast in de bouw. Naar ver-wachting zijn deze voorjaar 2005 gereed.Tekst: Jan-Pieter den Hollander

Foto’s: Henk Wind, Jan-Pieter den Hollander

Hogesterktestaal (HSS) is staal met vloeigrenzen boven 460 N/mm2.Staalproducenten leveren echter al staalsoorten tot 1200 N/mm2.Dit is beduidend sterker dan conventionele staalsoorten (tot 355N/mm2). Dat de bestaande ontwerpnormen tot 460 N/mm2 gelden,is een beperking. De huidige normen zijn niet zonder meer geldigvoor HSS omdat het materiaal minder vervormingscapaciteit heeftdan conventioneel staal’, licht Prof. Ir Frans Bijlaard, hoogleraarstaalconstructies aan de TU Delft, toe. ‘Verder is er nog te weinigonderzoek verricht naar de materiaaleigenschappen en het gedragvan constructies van hogesterktestaal’.Wel wordt gewerkt aan een uitbreiding van de rekenregels voorstaalsoorten met vloeigrenzen tot 700 N/mm2. ‘Op dit moment isPart 1.12 van Eurocode 3 in ontwikkeling’, zegt Ir. Nol Gresnigt,hoofddocent staalconstructies aan de TU Delft. ‘Ik verwacht

Part 1.12 in het voorjaar van 2005’. ‘Hierdoor zal HSS meer toepas-sing vinden in de Nederlandse bouwpraktijk’.

ToepassingEen gunstige toepassing is HSS in trekstaven. Als de sterkte tweekeer zo groot wordt, kan de staafdoorsnede twee keer zo klein wor-den. Wel vereisen de verbindingen aandacht. Bij een boutverbindingis breuk van de netto doorsnede van de staaf eerder maatgevend (zie tekening). Dit komt omdat de vloeigrens van HSS naar verhou-ding dichter bij de treksterkte ligt dan bij conventioneel staal (ziegrafiek 4). ‘De trekstaaf zelf is dan slank maar de verbinding kanrelatief zwaar worden’, licht Gresnigt toe. Bij een lasverbindingmoet volgens de Eurocode de sterkte van het lasmateriaal hogerzijn dan van het moedermateriaal (overmatching). Dat is bij HSS

1474

0

39800+10800129600

Bovenrand

Onderrand

Diago

naal

Vert

icaa

l

36200+

32600+

29000+

25400+

1:750

Niv. 5

Niv. 4

Niv. 3

Niv. 2

Niv. 1

Gevelspanten

1 2

04bwe019z024.ps 29-10-2004 12:10 Pagina 24

25

BO

UW

WE

RE

LD

# 1

9P

rodu

ctlastiger te realiseren al zijn er lastoevoegmaterialen metvloeisterktes van 830 N/mm2 en 1000 N/mm2. Bij zuivere druk is HSS gunstig behalve bij zeer slanke kolommen.Dat komt omdat knik maatgevend wordt. In het algemeen geldt datde winst van HSS terugloopt wanneer instabiliteitsverschijnselen(knik, kip, plooi) een rol spelen. Dit geldt niet voor gebouw ‘De Brug’, het IFD project in Rotterdam, waar tamelijk gedrongendrukstaven zijn toegepast. Verder kan een profiel in HSS in eenhogere doorsnedeklasse terechtkomen waardoor een lagere span-ning in het materiaal toelaatbaar is. Zo gaat een IPE 180 van door-snede klasse 2 (S355) naar doorsnedeklasse 4 (S690). Hogesterktestaal is geschikt voor gebruik in liggers wanneer sterk-te maatgevend is. Dit is het geval bij relatief zwaar belaste liggers.Ook hier geldt dat een profiel in HSS in een hogere doorsnedeklassekan vallen en dat dan lagere spanningen toelaatbaar zijn. Bij dezelfde belasting krijgt een profiel in HSS een kleinere door-snede dan een profiel in gewoon staal. Daardoor zal het profiel inHSS bij brand sneller opwarmen. Als bij conventioneel staal brand-werende bekleding nodig is, dan zullen de kosten voor het brandwe-rend bekleden van HSS weinig hoger zijn.

VakwerkenVakwerken zoals in ‘De Brug’ zijn geschikt om uit te voeren in HSSomdat ze voornamelijk op trek en druk worden belast. Walsprofie-len zijn nog niet beschikbaar in HSS maar staalproducent Arcelorlevert al wel profielen in S460. ‘HSS kun je goed toepassen inkolommen bij hoogbouwprojecten’, zegt Bijlaard. ‘Door de groteverticale belastingen zijn de kolommen gedrongen en speelt knikniet zo'n grote rol’.

Het lage eigen gewicht van een constructie met HSS heeft voorde-len voor de fundering. Voor de architect biedt HSS de mogelijkheidom beeldbepalende constructies slanker uit te voeren. In Nederland is HSS in de bouw nog niet toegepast. Dit in tegenstel-ling tot Zweden en Japan. Daar is het materiaal al een aantal malengebruikt in samengestelde liggers en vakwerken. Literatuur: rapport ‘Ontwerpaspecten bij het toepassen van HSS in constructies’

Producenten: SSAB Oxelösund, www.oxelosund.ssab.se

Thyssen Krupp Stahl, www.thyssenkrupp-stahl.de

Arcelor Group, www.europrofil.lu

Corus Group, www.corusconstruction.com

Staalconstructie gebouw ‘de Brug’ in hogesterktestaalStudent Hans van Gemerden van de TU Delft onderzocht in zijn afstudeerscrip-

tie toepassingsmogelijkheden van hogesterktestaal (HSS). Als voorbeeldpro-

ject nam Van Gemerden het kantoorgebouw ‘De Brug’ in Rotterdam. Omdat de

constructie bestaat uit relatief gedrongen vakwerken waar knik minder van

invloed is, is de verwachting dat een kostenbesparing te halen valt met HSS.

Van Gemerden berekende de constructie voor staalsoort S690 met de huidige

NEN norm. Hij koos voor S690 omdat de nieuwe rekenregels voor deze staals-

oort gaan gelden en toepassing realistisch is. Een kostenvergelijking met het

toegepaste S355 liet een besparing zien van ongeveer 25 procent op de materi-

aalkosten. Dit geldt onder de aanname dat S690 ca. 5 procent duurder is dan

S355.

Profielen gevelspanten S355 (*) S690 (*)

Onderrand/bovenrand RHS 500x300x12.5 SHS 300x300x12.5

Verticalen/diagonalen RHS 500x300x10 SHS 300x300x10 (trek)

RHS 500x300x12.5 SHS 300x300x12.5 (druk)

(*) Lichtere profielen waren mogelijk maar gekozen is

voor profielen uit één profielenrange.

Profielen ‘de Brug’ S355 S690

Gevelspanten 202 ton 138 ton

Middenspanten 439 ton 287 ton

Dwarsjukken 228 ton 159 ton

Totaalgewicht 869 ton 584 ton

Kosten ¤ 1,22 – 1,26 miljoen ¤ 0,86 – 0,91 miljoen

Opdikstrip

F

½F

½F

1:5Trekverbinding in hoge sterkte staal

Abruto

Anetto

800

700

600

500

400

300

200

100

0

�bu

c(N

/mm

2 )

Knikspanning voor een HD400x314 profiel

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00�y;rel (relatieve slankheid)

S690

S460

S355

Span

ning

(N/m

m2 )

0 10 20 30Rek (%)

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

S355

Weldox 700

Hardox 450

RR

e

m

==

Vloeiste kteTreksterkte

r

Rm

Rm

Rm

Re

Re

Re

1. Staalconstructie ‘De Brug’ op de tijdelijke bouwlokatie.

2. Gebouw ‘De Brug’ gezien vanaf de Maasboulevard.

3

4

04bwe019z025.ps 29-10-2004 12:11 Pagina 25